Дмитрий окончил школу и поступил на учительские курсы, окончив их, работал учителем в своём селе. В 1934 году. пошёл служить в РККА в кавалерию. Через год поступил в Ульяновское бронетанковое училище, которое успешно окончил в 1938 году.

Стрелял из всех видов оружия на «отлично», за что друзья его называли Снайперским глазом. Младший лейтенант Лавриненко участвовал в освободительных походах в Западную Украину и Бессарабию. Начало Великой Отечественной войны встретил лейтенантом, командиром танкового взвода. Уже в самом начале войны отличился твёрдостью характера, когда вопреки приказу отказался при отступлении бросить или взорвать свой повреждённый танк, чем спас своего «бронированного коня».

В сентябре 1941 года прибыл на службу в 4-ю танковую бригаду полковника Катукова, назначен командиром танка Т-34 и уже с 4 октября воевал под городом Мценском. 6 октября танковая группа лейтенанта Лавриненко из четырёх танков атаковала колонну немецкой бронетехники. Постоянно меняя огневые позиции, «тридцатьчетвёрки» Лавриненко создали у немцев иллюзию многочисленности противника. В этом бою советские танкисты уничтожили и подбили 15 вражеских машин, из которых четыре немецких танка были на счету Дмитрия Лавриненко. С конца октября 1941 года танковая бригада Катукова встала на оборону Москвы, прикрывая волоколамское направление.

16 октября 1941 года танк Лавриненко был оставлен для охраны штаба командования 50-й Армии. По дороге в бригаду в Серпухове танкисты узнали о прорыве к городу немецкой колонны. Другой техники, кроме танка Лавриненко, у коменданта города не оказалось. Советские части должны были вот-вот подойти, но врага нужно было сдержать какое-то время… Наступающие немцы вели себя нагло и самоуверенно, они даже не выслали вперёд разведку, за что жестоко поплатились. Экипаж Лавриненко замаскировал танк Т-34 в роще у деревни Высокиничи в месте, где хорошо просматривалась дорога. Вскоре показалась немецкая мотоколонна. Впереди ехали мотоциклисты, за ними штабная машина, потом грузовики с пехотой и противотанковыми орудиями на прицепе. Командир танка подпустил колонну на расстояние 150 метров и в упор расстрелял её. Два орудия были разбиты сразу, а третье и грузовики советский танк просто раздавил. Остатки немцев добивала подошедшая советская пехота. Экипаж Лавриненко передал коменданту Серпухова неожиданные трофеи: 13 автоматов, 10 мотоциклов с колясками и противотанковое орудие с полным комплектом. В штабной машине оказались важные документы, карты, которые немедленно были отправлены в Москву. 17 ноября группа старшего лейтенанта Д.Ф. Лавриненко вступила в схватку с 18 немецкими танками, в результате боя немцы потеряли семь танков. Командир учил своих танкистов воевать не числом, а умением. Действиям его группы предшествовала тщательная разведка. Появление советских танков почти всегда было неожиданным для немцев, вызывая растерянность, которая в бою подобна смерти. Использовал он и танковые засады. В бою 17 ноября 1941 года части 46 моторизованного и 5-го армейского корпусов немцев нанесли удар в стык между позициями 316-й стрелковой дивизии И.В. Панфилова и кавалерийской дивизии генерала Л.М. Доватора, прорвали фронт. Танковая группа немецких войск проникла глубоко в тыл советских войск. Их нужно было остановить. Старший лейтенант Лавриненко скрытно вывел свой Т-34 навстречу немецкой танковой колонне вблизи шоссе на деревню Шишкино.

Дмитрий поставил танк в засаду в чистом поле. Из-за того, что танк был окрашен в белый маскировочный цвет, на заснеженном поле его было сложно заметить. Расстреливать колонну из восьми танков экипаж начал с близкого расстояния. Один за другим были уничтожены шесть танков, остальные просто сбежали с поля боя. Своими действиями танкисты ликвидировали угрозу окружения большой группы советских войск. 19 ноября 1941 года танк под командованием Лавриненко в бою у деревни Гусенево во встречном бою семью снарядами уничтожил семь вражеских танков, это была снайперская стрельба!

Свой последний бой отважный танкист провёл 18 декабря 1941 года на подступах к Волоколамску. Атаковав противника, прорвавшегося через наши позиции, он уничтожил свой 52-й немецкий танк, два противотанковых орудия и до 50 немецких солдат. В тот же день, уже после боя, командир танковой роты Дмитрий Фёдорович Лавриненко был сражён осколком мины.

Похоронили героя на месте боя, около шоссе между сёлами Покровское и Горюны. Позднее его прах был перезахоронен в братской могиле в деревне Деньково Волоколамского района Московской области.

В наградном листе от 5 декабря 1941 года на присвоение звания Героя Советского Союза старшему лейтенанту Дмитрию Фёдоровичу Лавриненко было написано: «выполняя боевые задания командования с 4 октября 1941 года по настоящее время, беспрерывно находился в бою. За период боёв под Орлом и на Волоколамском направлении экипаж Лавриненко уничтожил 37 тяжёлых, средних и лёгких танков противника». Указом Президента СССР от 5 мая 1990 года за мужество и героизм, проявленные в боях с немецко-фашистскими захватчиками, Дмитрию Фёдоровичу Лавриненко было посмертно присвоено звание Героя Советского Союза. Орден Ленина и медаль «Золотая Звезда» были вручены родственникам отважного героя.